一种适用于直升机概念设计的飞行力学分析方法

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　　摘要：为提高直升机概念设计阶段飞行性能计算的准确度，提出一种适用于直升机概念设计阶段的飞行力学分析方法。该方法在直升机配平计算开始之前，预先设定不同飞行状态下机身姿态角的数值，在配平计算过程中把平尾纵向位置和尾桨垂向位置当作未知量，通过调节平尾纵向位置及尾桨垂向位置，使机身姿态与该给定的机身姿态角相等。采用这种方法，当改变总体参数时，可忽略机身姿态改变对飞行性能造成的影响，从而可以分析直升机总体设计参数对飞行性能的影响，并对总体参数进行优化以满足设计技术要求。
　　关键词：直升机；概念设计；飞行力学分析方法；配平；飞行性能；参数分析
　　中图分类号：V212.4 文献标志码：A 文章编号：1005-2615（2015）02-0259-07
　　直升机概念设计的主要任务是根据直升机的设计要求，选择总体参数以及气动布局参数，确定满足设计要求的初步方案，为初步设计提供初始方案，是从无到有的设计过程。因此在概念设计阶段要慎重地进行参数选择，直升机设计参数的依据是设计技术要求，为了正确选择参数首先必须清楚直升机设计参数与飞行性能之间的关系、影响规律。
　　直升机的飞行性能是概念设计阶段参数选择的重要依据，而直升机飞行性能计算，需用功率的计算是关键。国内外直升机设计中，功率计算方法是基于简化的滑流理论、叶素理论公式，仅考虑总体参数对飞行性能的影响，采用诱导速度均匀分布的假设，并引入若干修正系数来修正型阻功率及诱导功率。文献将性能计算模型由传统模型替换为基于配平计算的性能计算模型，提高了性能计算的精确程度。一般意义上的配平计算是给定直升机设计参数及飞行状态信息，求取直升机稳定飞行所需的操纵量和机身姿态角。但在概念设计阶段，设计参数都不是确定的，尤其是气动布局参数可能会因为改变了机身姿态而对飞行性能造成明显的影响。但在总体设计后期，这些都是可以通过调节气动布局参数而避免的，所以这些参数都不是影响飞行性能的主要因素。
　　为了研究主要设计参数对飞行性能的影响，文中提出了一种适用于直升机概念设计的飞行力学分析方法，假定在特定的飞行状态下，直升机的机身姿态都是满足一定规律的，即在稳态飞行中，通过调节平尾纵向位置及尾桨垂向位置使机身姿态保持在某一角度，进行相应的平衡计算可以得到旋翼及尾桨的需用功率。通过这种直升机飞行力学分析方法，可以给出主要设计参数的改变对飞行性能的影响规律，优化总体参数选择，以满足设计技术要求。
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